KR20170106697A - 동적 코드 할당 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

간섭 신호를 측정하는 간섭 신호 측정부, 레이더 간에 상기 측정된 간섭 신호를 공유하도록 제어하는 간섭 신호 공유부, 상기 간섭 신호에 기초하여 생성되는 코드를 상기 레이더에 동적으로 할당하는 코드 할당부, 및 상기 코드를 레이더에 적용하는 코드 적용부를 포함하는 코드 할당 장치.

Description

동적 코드 할당 장치 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ALLOCATING DYNAMIC CODE}
동적 코드 할당 장치 및 방법에 연관된다. 더욱 구체적으로는 기상 레이더에서 기상 파라미터 검출의 정확도를 높이기 위한 신호처리 기법 및 이를 구현하기 위한 장치 및 방법에 연관된다.
기상 레이더 네트워크 시스템 (Weather Radar Network System (WRNS))은 넓은 지역의 기상 변화의 관측, 그리고 기상 관측의 정확도를 높이기 위해서 다수의 레이더로 구성된 레이더 클러스터이다. 레이더 네트워크는 각각의 레이더가 다른 지역에 설치되어 일정 지역의 기상 변화를 관측하였다. 현재까지의 레이더 네트워크 시스템은 레이더간에 전파 간섭을 없애기 위해서 레이더는 서로 간에 중첩이 없는 채널을 사용해왔다. 이러한 접근은 많은 주파수 자원을 필요로 하게 된다. 그렇지만 폭발적으로 증가하는 모바일 기기의 증가로 인해 주파수 자원이 부족해지면서, 주파수 효율을 증대시키는 레이더 네트워크 시스템의 필요성이 대두되게 되었다.
WRNS에서 효율적인 주파수 사용을 위해서 레이더가 같은 주파수 대역을 사용하도록 하는 기상 레이더 주파수 공유 기술이 현재 여러 기관에서 진행이 되고 있다. 가장 대표적인 기술은 코드 분할 레이더 공유 기술로 WRNS에 있는 레이더에 각기 다른 직교 코드를 할당하여 전송한 뒤에, 수신단에서 자신의 코드로 상관기 (matched filter)에 통과함으로써 타 레이더 신호를 제거하는 방식이다. 현재 코드 분할 방식을 적용하기 위해서 각 레이더는 펄스를 여러 개의 짧은 서브 펄스로 나누어서 전송하는 펄스 압축 방식을 채택하고 있다.
코드 분할 레이더 공유기술의 성능은 각 레이더에 할당하는 코드에 따라 많이 결정이 된다. 좀 더 구체적으로 정확한 기상 타겟 예측을 위해서는 타 레이더로부터 오는 간섭 신호 (상호 상관 간섭 신호)와 펄스 압축 코드를 사용으로 인해 생기는 자기 상관으로 오는 부엽 간섭 신호 (자기 상관 부엽 간섭 신호) 모두를 효과적으로 제거할 수 있는 코드 생성 및 할당 알고리즘에 대한 연구가 요구된다.
일실시예에 따른 코드 할당 장치는, 간섭 신호를 측정하는 간섭 신호 측정부, 레이더 간에 상기 측정된 간섭 신호를 공유하도록 제어하는 간섭 신호 공유부, 상기 측정된 간섭 신호에 기초하여 생성된 코드를 상기 레이더에 동적으로 할당하는 코드 할당부, 및 상기 코드를 레이더에 적용하는 코드 적용부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 코드 할당 장치는 상기 코드의 할당을 위한 코드 집합을 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 장치에 있어서, 간섭 신호 공유부는 상기 측정된 간섭 신호를 저장하고, 레이더 간에 상기 간섭 신호를 교환할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 장치에 있어서, 상기 코드 할당부는 상기 간섭 신호에 기초하여 목적 함수를 생성하고, 상기 목적 함수는 상기 공유된 간섭 신호마다 가중치를 할당하여 생성될 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 장치에 있어서, 코드 할당부는 미리 생성된 코드 집합들 중에서 최적의 코드 집합을 상기 목적 함수를 이용하여 선택할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 장치에 있어서, 코드 적용부는 상기 최적의 코드 집합을 상기 레이더에 적용할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 장치에 있어서, 상기 코드 집합이 생성되는 주기를 제어하고, 상기 코드 집합이 생성되는 주기에 기초하여 상기 간섭 신호 측정부가 상기 간섭 신호를 측정하도록 제어하는 코드 주기 조절부를 더 포함할 수 있다.일실시예에 따른 코드 할당 방법은, 간섭 신호를 측정하는 단계, 레이더 간에 상기 측정된 간섭 신호를 공유하도록 제어하는 단계, 상기 측정된 간섭 신호에 기초하여 생성된 코드를 상기 레이더에 동적으로 할당하는 단계, 및 상기 코드를 레이더에 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 코드 할당 방법에 있어서, 상기 코드의 할당을 위한 코드 집합을 메모리에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 방법은, 간섭 신호 공유부는 상기 측정된 간섭 신호를 저장하고, 레이더 간에 상기 간섭 신호를 교환하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 방법은, 상기 간섭 신호에 기초하여 목적 함수를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 방법은, 미리 생성된 코드 집합들 중에서 최적의 코드 집합을 상기 목적 함수를 이용하여 선택하는 단계를 더 포함하고, 상기 목적 함수는 상기 공유된 간섭 신호마다 가중치를 할당하여 생성될 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 방법은, 상기 최적의 코드 집합을 상기 레이더에 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 방법은, 상기 코드 집합이 생성되는 주기를 제어하는 단계, 및상기 코드 집합이 생성되는 주기에 기초하여 상기 간섭 신호 측정부가 상기 간섭 신호를 측정하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 코드 할당 알고리즘에 대한 예시적인 흐름도이다.
도 2는 일실시예에 따른 코드 할당 장치의 예시적인 구성에 대한 블록도이다.
도 3은 코드 할당 주기과 간섭 신호와의 관계를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 코드 할당 방법을 설명하기 위한 예시적인 흐름도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 코드 할당 알고리즘에 대한 예시적인 흐름도이다.
본 발명은 주파수를 공유하는 기상 레이더 네트워크 (WRNS)에서 동적 코드 할당 방식과 그 시스템을 기술한다. 좀 더 구체적으로 기상 레이더의 회전과 기상 타겟의 움직에 따른 상호 간섭량의 변화에 적응하는 최적의 코드 집합 생성 및 할당 기법 및 레이더 쌍마다 간섭량을 측정하여 최적화 알고리즘에 적용하는 fine-grained 기법, 및 위의 두 가지 기법을 구현하기 위한 시스템 구성에 대해서 기술하고자 한다. 최적의 코드 집합 생성 및 할당을 위해서는 첫째로 각각의 기상 레이더가 실시간으로 다른 레이더부터 들어오는 간섭량의 변화를 측정해야 하며 두 번째로는 측정된 간섭량에 기반하여 최적 코드 집합 생성을 위한 목적 함수(cost function)를 생성하고, 이를 최소화시키는 최적 코드 집합을 생성하여야 한다. 마지막 세 번째로는, 생성된 최적 코드 집합을 각각의 레이더가 채택하고 사용하여야 한다. 최적화 알고리즘에 적용하는 fine-grained 기법을 위해서도 역시 첫째로 간섭량의 변화를 측정해야 하지만, 레이더 쌍마다의 가중치를 두기 위해서 목적 함수 생성 시 상호 상관 값의 가중치를 다르게 두어야 한다.
도 2는 일실시예에 따른 코드 할당 장치의 예시적인 구성에 대한 블록도이다.
일실시예에 따른 코드 할당 장치는, 코드 주기 조절부(210), 간섭 신호 측정부(220), 간섭 신호 공유부(230), 코드 할당부(240), 메모리(250), 및 코드 적용부(260)를 포함할 수 있다. 또한, 간섭 신호 측정부(220)는 n개의 코드에 대한 정합 필터(matched filter, 221, ..., 22n)를 가질 수 있다.
간섭 신호를 측정하는 구성을 살펴보기 위해 먼저 도 3을 보기로 한다. 도 3은 코드 할당 주기와 간섭 신호와의 관계를 예시적으로 나타내는 도면이다.
일실시예에 따른 코드 할당 장치는, 간섭 신호를 측정하는 간섭 신호 측정부(220)를 포함할 수 있다. 간섭 신호를 측정하기 전에, 코드 할당 주기가 만료되었는지를 확인할 수 있다(101). 상기 코드 할당 주기가 만료되지 않은 경우 상기 주기가 만료될 때까지 위 확인 과정을 반복하며, 코드 할당 주기가 만료된 경우 간섭 주기를 측정하도록 할 수 있다. 간섭 신호 측정부(220)에서는 레이더의 상호 간섭량 측정을 수행한다. 좀 더 구체적으로 간섭 신호 측정을 위한 단계(코드 할당 주기(306) T중 초기 m개의 pulse에 해당)에서 이전에 각 레이더에 의한 사용된 n개의 코드로 정합 필터를 구성하고, 결과값들을 저장할 수 있다. 레이더간의 상호 간섭량 측정은 레이더 코드 할당 주기(306) T의 초기에 이루어진다. 좀 더 구체적으로, 레이더 코드 할당 주기(306) T는 N개의 펄스 반복 시간(Pulse Repetition Time, PRT)의 값을 가지며, N개의 펄스 반복 시간 중 초기의 m개의 펄스가 상호 간섭량 측정에 사용된다. 도 3을 자세히 살펴보면, 코드 할당 주기 하나(306)에 대하여 총 다섯 개의 간섭 신호(301, 302, 303, 304, 305)가 포함될 수 있다. 이 때 코드 할당 주기는 4개의 펄스 반복 시간을 갖는다. 하지만 앞서 설명한 바와 같이 간섭 신호 측정부(220)가 간섭 신호를 측정 하는 때에는(307) 코드 할당 주기(306) 내에 있는 모든 간섭 신호를 측청하는 것은 아니다. 간섭 신호의 크기를 측정한 경우(102), 정합 필터의 출력을 저장할 수 있으며(103), 간섭 신호를 측정하지 않은 경우에는 다른 레이더의 정합 필터의 출력을 공유하게 된다(104). 간섭을 측정할 때(307), 2개의 초기 간섭 신호(301, 302)만을 측정하여 간섭 신호를 획득하며, 도 2에 도시되는 바와 같이 미리 획득한 n개의 정합 필터(221, ..., 22n)에 입력하여 결과 값을 저장해놓을 수 있다.
레이더 상호 간의 간섭량 측정을 위해서는 각 레이더는 정합 필터 출력이 이용된다. 코드 할당 장치가 동작하는 구간에서 각 레이더에 할당되는 코드는 서로 직교성(완벽하지는 않지만)을 띄기 때문에 각 레이더에 할당된 코드로 구성된 정합 필터의 출력은 다른 레이더에서는 간섭으로 간주할 수 있다(자신의 코드로 구성된 정합 필터의 출력은 각 레이더에서 느끼는 자신의 신호 크기로 간주할 수 있다). 좀 더 구체적으로 레이더 i(1<=i<=k)에서 느끼는 레이더 j의 간섭의 크기는 간섭 측정 페이즈(interference measurement phase)에서 수신된 신호를 레이더 j에 할당된 코드로 구성된 정합 필터의 출력으로 구할 수 있다. 이와 비슷하게 레이더 i에서 레이더 j이외의 코드로 구성된 정합 필터를 만들고 각각 출력을 구할 수 있다.
각 레이더에서 구한 k개의 출력은 목적 함수(cost function) 생성과 이를 최소화하는 최적 코드 생성에 사용될 수 있다. 이 때 최적 코드 생성은 중앙 관제소를 통해서 이루어질 수도 있으며, 또는 각각의 레이더에서 이루어질 수도 있다. 본원에서는 이에 대해서 제한을 두지는 않는다.
일실시예에 따른 코드 할당 장치는 코드 집합이 생성되는 주기를 제어하는 코드 주기 조절부(210)를 포함할 수 있다. 코드 집합이 생성되는 주기를 코드 할당 주기(306)라고 통칭할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 장치에 있어서, 상기 코드 주기 조절부(210)는 상기 코드 집합이 생성되는 주기에 기초하여 상기 간섭 신호 측정부(220)가 주기적으로 상기 간섭 신호를 측정하도록 제어할 수 있다. 도 1을 참조하면, 간섭 신호 측정부(220)는 코드 주기 조절부(210)와 간섭 신호 공유부(230)와 같은 레이더 내부에서 연결되어 있을 수 있으며, 코드 주기 조절부(210)로부터 간섭 신호 측정의 시작에 대한 제어 신호를 받아서 간섭 신호 측정을 시작할 수 있다. 이러한 간섭 신호 측정의 시작에 대한 제어 신호의 송/수신은 주기적으로 이루어질 수 있으며, 상기 코드 할당 주기(306) T마다 이루어질 수 있다. 코드 주기 조절부(210)는 두 가지 기능을 수행할 수 있다. 첫 번째, 동적 코드 생성 주기를 관리할 수 있다. 두 번째, 코드 생성 주기에 따라서 간섭 신호 측정 시간을 예측하고 이에 관한 관리 메시지를 간섭 신호 측정부(220)에 전달할 수 있다. 코드 주기 조절부(210)는 간섭 신호 측정 시간의 예측을 위해서 코드 주기 조절부를 위한 타이머를 할당하며, 해당 타이머에서 타임 아웃 이벤트가 발생할 때마다 간섭 신호 측정 요청 메시지를 생성할 수 있다. 한편, 간섭 신호 측정부(220)는 측정된 상호 레이더 간섭 신호를 간섭 신호 공유부(230)에게 전달할 수 있다.
일실시예에 따른 코드 할당 장치에 있어서, 간섭 신호 공유부(230)는 레이더 간에 상기 측정된 간섭 신호를 공유하도록 제어할 수 있다. 간섭 신호 공유부는 다음의 두 가지 기능을 수행할 수 있다. 첫 번째, 간섭 신호 측정부(220)의 결과값을 저장할 수 있다. 상기 결과 값은 메모리(250)에 저장될 수도 있다. 두 번째, 다른 레이더와 측정된 간섭 신호를 교환할 수 있다. 측정된 간섭 신호의 교환은 실시간으로 이루어질 수 있으며, 교환 방식에 대해서는 제한을 두지 않고 자유롭게 이루어질 수 있다.
일실시예에 따른 코드 할당 장치에 있어서, 간섭 신호 공유부(230)는 상기 측정된 간섭 신호를 저장하고, 레이더 간에 상기 간섭 신호를 교환할 수 있다. 도 2를 참조하면, 간섭 신호 공유부(230)는 간섭 신호 측정부(220), 다른 레이더의 간섭 신호 공유부(230), 그리고 코드 할당부(240)와 연결될 수 있다. 하지만 위 연결관계에 반드시 구속되는 것은 아니다. 간섭 신호 공유부(230)는 간섭 신호 측정부(220)로부터는 정합 필터의 출력 정보를 받고, 다른 레이더의 간섭 신호 공유부(230)와는 다른 레이더에서 측정된 상호 간섭 신호를 교환할 수 있다. 간섭 신호 공유부(230)는 코드 할당부(240)에게 자신이 측정한 간섭 신호(간섭 신호 측정부(220)로부터 수신한 간섭 신호) 및 타 레이더로부터 받은 간섭 신호를 전달할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 최적 코드를 생성하기 위해서는 각 레이더에서 측정한 상호 간섭량들을 중앙 관제소에서 수집(중앙 관제소를 통해서 이루어질 경우)하거나, 상기 상호 간섭량들이 레이더의 간섭 신호 공유부(230)끼리 공유(각각의 레이더에서 이루어질 경우) 되어야 한다. 레이더의 측정 신호 및 간섭 신호 공유에 있어서의 통신 방식은 특정 통신 방식에 제한을 두지 않는다.
일실시예에 따른 코드 할당 장치는, 상기 간섭 신호에 기초하여 생성되는 코드를 상기 레이더에 동적으로 할당하는 코드 할당부(240), 및 상기 코드를 레이더에 적용하는 코드 적용부(260)를 포함할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 장치는 상기 코드의 할당을 위한 코드 집합을 저장하는 메모리(250)를 더 포함할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 장치에 있어서, 상기 코드 할당부는 상기 간섭 신호에 기초하여 목적 함수를 생성할 수 있다(105). 일실시예에 따른 코드 할당 장치에 있어서, 코드 할당부는 미리 생성된 코드 집합들 중에서 최적의 코드 집합을 상기 목적 함수를 이용하여 선택할 수 있다. 코드 할당부는 두 가지 기능을 수행할 수 있다. 첫 번째, 간섭 신호 공유부(230)로부터 받은 간섭 신호를 이용해서 목적 함수를 생성할 수 있다. 두 번째, 생성된 목적 함수를 이용해 코드 저장부에 저장되어 있는 코드 집합들 중에서 최적의 코드 집합을 선택할 수 있다.
코드 할당부(240)는 간섭 신호 공유부(230)와 코드 저장부(260)와 연결될 수 있다. 도 2에는 구성 간의 연결 관계가 도시되어 있지만, 본원은 이러한 연결관계에 구속되지 않는다. 코드 할당부(240)는 간섭 신호 공유부(230)로부터는 각 레이더 간의 간섭 신호를 전달받으며, 메모리(250)에게는 생성된 목적함수를 전달하여 저장하도록 하고, 메모리(250)로부터 최적의 코드를 수신한다.
코드 할당부(240)는 각각의 레이더에서 측정된 신호를 기반으로 목적 함수를 생성한다. 다음의 수식은 상호 간섭 크기에 따라 목적 함수가 바뀐다는 것을 보여주기 위한 것이다. 구체적인 수식은 하기의 실시예에서 보여줄 것이며, 본 발명은 실시예에서 제시한 수식에 제한을 받지 않는다.
Figure pat00001
위 식에서 첫 번째 텀(term)은 모든 코드의 자기 상관값 중 사이드로브(sidelobe) 에너지의 합을 의미하며 두 번째 텀은 모든 코드의 상호 상관 값에 대한 에너지를 의미한다. 두 번째 텀을 잘 살펴보면 본원에서는 각 상호 상관값(
Figure pat00002
)마다 가중치를 다르게 두고, 가중치를 시간에 따라 변하는 함수로 설정함을 알 수 있다. 본 상호 상관 값을 통해 동적인 코드 할당을 수행할 수 있게 된다.
이제부터는 측정된 상호 간섭 신호의 크기를 기반으로 상기 수식의 가중치를 정하는 실시예를 들고자 한다. 주파수를 공유하는 레이더 시스템에서 각 레이더의 기상 파라미터 예측은 신호 대 간섭 비(signal to interference ratio, SIR)에 크게 영향을 받는다. 따라서 이번 실시예에서는 SIR에 따라 가중치를 정하는 방향으로 목적 함수를 생성한다.
Figure pat00003
여기에서
Figure pat00004
는 레이더 n1에서 계산된 정합 필터의 결과값으로, 정합 필터는 레이더 n2에 할당된 코드로 구성되었으며, 이의 입력으로 레이더 n1에서 수신된 신호를 사용한다. 코드 간에 직교성을 띄기 때문에,
Figure pat00005
은 레이더 n1에서 느끼는 레이더 n2의 간섭 신호의 크기로 간주할 수 있다.
이 때
Figure pat00006
계산을 위해 할당된 코드는 상기 수학식 1의 E(t)식에서 모든 가중치 값을
Figure pat00007
로 했을 때 얻은 코드 집합이다. 그리고
Figure pat00008
은 설정 값으로 기상 레이더의 요구조건을 만족시키기 위해서 필요한 신호 대 간섭비의 임계값 (threshold) 이다. 상기 임계값은 적절히 조정될 수 있으며, 적절한 값은 여러 실험을 통해서 경험적으로 얻어질 수 있다.
Figure pat00009
생성된 목적 함수를 기반으로 최적의 코드를 생성하는 방법은 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략한다. 메모리는 목적 함수에 따라 생성된 최적의 코드 집합을 저장한다. 메모리가 존재하는 목적은 레이더에 실시간으로 코드를 적용하기 위함이다. 메모리(250)는 코드 할당부(240)와 연결될 수 있다. 즉, 코드 할당부(240)로부터 목적 함수를 전달받으며, 이에 해당하는 최적의 코드 집합을 코드 할당부(240)에게 전달한다.
일실시예에 따른 코드 할당 장치에 있어서, 코드 적용부(260)는 상기 최적의 코드 집합을 레이더에 적용할 수 있다(107). 코드 적용부(260)는 코드 할당부(240)로부터 검색된 최적의 코드를 송신 신호 생성에 적용할 수 있도록 한다. 생성된 코드를 각 레이더에 적용하기 위해 측정된 자료를 공유한다. 좀 더 구체적으로 중앙 관제소가 존재할 경우에는 중앙 관제소에서 직접 코드를 생성하여 각 레이더에게 전달한다. 만약 중앙 관제소를 거치지 않을 경우에는 각 레이더에서 코드를 생성하여 자신에게 할당된 코드를 사용하며 다른 레이더에게 할당된 코드도 함께 갖고 있을 수 있다. 이 때 모든 레이더는 같은 관측 자료를 가지고 계산을 하였기 때문에 같은 코드 집합을 가지고 있을 수 있다.
목적 함수를 최적화하기 위한 계산은 많은 시간을 필요로 한다. 컴퓨터의 계산 능력에 따라 달라지겠지만 수 시간이 걸릴 수도 있다. 이런 문제점을 해결하기 위해서 본원에서는 다음의 방법을 제안한다. 본원의 코드 할당부(240)에서는, 레이더가 작동하기 이전에 미리 각각의 가중치에 따라서 최적의 코드를 생성을 해놓고, 각 레이더의 메모리 테이블에 상기 최적의 코드를 저장할 수 있다. 그리고 레이더가 동작할 때 측정된 상호 간섭의 측정량에 따라 가중치를 계산하고, 계산된 가중치에 맞는 최적의 코드 값을 저장된 테이블에서 찾을 수 있다. 만약 계산된 가중치의 집합을 테이블에서 찾을 수 없는 경우에는 가중치 집합을 벡터로 보고 측정된 벡터값과 유클리디언(Euclidean distance, 2nd norm)이 작은 가중치에 해당하는 코드 집합을 선택할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 코드 할당 방법을 설명하기 위한 예시적인 흐름도이다.
일실시예에 따른 코드 할당 방법은, 간섭 신호를 측정하는 단계(410)를 포함할 수 있다. 간섭 신호 측정부(220)에서는 레이더의 상호 간섭량 측정을 수행한다. 좀 더 구체적으로 간섭 신호 측정을 위한 단계(코드 할당 주기(306) T중 초기 m개의 pulse에 해당)에서 이전에 각 레이더에 의한 사용된 n개의 코드로 정합 필터를 구성하고, 결과값들을 저장할 수 있다. 레이더간의 상호 간섭량 측정은 레이더 코드 할당 주기(306) T의 초기에 이루어진다. 좀 더 구체적으로, 레이더 코드 할당 주기(306) T는 N개의 펄스 반복 시간(Pulse Repetition Time, PRT)의 값을 가지며, N개의 펄스 반복 시간 중 초기의 m개의 펄스가 상호 간섭량 측정에 사용된다. 도 3을 자세히 살펴보면, 코드 할당 주기 하나(306)에 대하여 총 다섯 개의 간섭 신호(301, 302, 303, 304, 305)가 포함될 수 있다. 이 때 코드 할당 주기는 4개의 펄스 반복 시간을 갖는다. 하지만 앞서 설명한 바와 같이 간섭 신호 측정부(220)가 간섭 신호를 측정 하는 때에는(307) 코드 할당 주기(306) 내에 있는 모든 간섭 신호를 측청하는 것은 아니다. 간섭을 측정할 때(307), 2개의 초기 간섭 신호(301, 302)만을 측정하여 간섭 신호를 획득하며, 도 2에 도시되는 바와 같이 미리 획득한 n개의 정합 필터에 입력하여 결과 값을 저장해놓을 수 있다.
레이더 상호 간의 간섭량 측정을 위해서는 각 레이더는 정합 필터 출력이 이용된다. 코드 할당 장치가 동작하는 구간에서 각 레이더에 할당되는 코드는 서로 직교성(완벽하지는 않지만)을 띄기 때문에 각 레이더에 할당된 코드로 구성된 정합 필터의 출력은 다른 레이더에서는 간섭으로 간주할 수 있다(자신의 코드로 구성된 정합 필터의 출력은 각 레이더에서 느끼는 자신의 신호 크기로 간주할 수 있다). 좀 더 구체적으로 레이더 i(1<=i<=k)에서 느끼는 레이더 j의 간섭의 크기는 간섭 측정 페이즈(interference measurement phase)에서 수신된 신호를 레이더 j에 할당된 코드로 구성된 정합 필터의 출력으로 구할 수 있다. 이와 비슷하게 레이더 i에서 레이더 j이외의 코드로 구성된 정합 필터를 만들고 각각 출력을 구할 수 있다.
각 레이더에서 구한 k개의 출력은 목적 함수(cost function) 생성과 이를 최소화하는 최적 코드 생성에 사용될 수 있다. 이 때 최적 코드 생성은 중앙 관제소를 통해서 이루어질 수도 있으며, 또는 각각의 레이더에서 이루어질 수도 있다. 본원에서는 이에 대해서 제한을 두지는 않는다.
일실시예에 따른 코드 할당 방법은 코드 집합이 생성되는 주기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 코드 집합이 생성되는 주기를 코드 할당 주기(306)라고 통칭할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 방법에 있어서, 상기 코드 집합이 생성되는 주기에 기초하여 상기 간섭 신호 측정부(220)가 주기적으로 상기 간섭 신호를 측정하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 간섭 신호 측정부(220)는 코드 주기 조절부(210)와 간섭 신호 공유부(230)와 같은 레이더 내부에서 연결되어 있을 수 있으며, 코드 주기 조절부(210)로부터 간섭 신호 측정의 시작에 대한 제어 신호를 받아서 간섭 신호 측정을 시작할 수 있다. 이러한 간섭 신호 측정의 시작에 대한 제어 신호의 송/수신은 주기적으로 이루어질 수 있으며, 상기 코드 할당 주기(306) T마다 이루어질 수 있다. 코드 주기 조절부(210)는 앞서 설명한 바와 같이 동적 코드 생성 주기 관리 및 코드 생성 주기에 따라서 간섭 신호 측정 시간을 예측하고 이에 관한 관리 메시지를 간섭 신호 측정부(220)에 전달을 할 수 있다. 코드 주기 조절부(210)는 간섭 신호 측정 시간의 예측을 위해서 코드 주기 조절부를 위한 타이머를 할당하며, 해당 타이머에서 타임 아웃 이벤트가 발생할 때마다 간섭 신호 측정 요청 메시지를 생성할 수 있다. 한편, 간섭 신호 측정부(220)는 측정된 상호 레이더 간섭 신호를 간섭 신호 공유부(230)에게 전달할 수 있다.
일실시예에 따른 코드 할당 방법에 있어서, 레이더 간에 상기 측정된 간섭 신호를 공유하도록 제어하는 단계(420)를 포함할 수 있다. 간섭 신호 공유부는 다음의 두 가지 기능을 수행할 수 있다. 첫 번째, 간섭 신호 측정부(220)의 결과값을 저장할 수 있다. 상기 결과 값은 메모리(250)에 저장될 수도 있다. 두 번째, 다른 레이더와 측정된 간섭 신호를 교환할 수 있다. 측정된 간섭 신호의 교환은 실시간으로 이루어질 수 있으며, 교환 방식에 대해서는 제한을 두지 않고 자유롭게 이루어질 수 있다.
일실시예에 따른 코드 할당 방법에 있어서, 상기 측정된 간섭 신호를 저장하고, 레이더 간에 상기 간섭 신호를 교환하는 단계를 더 포함할 수 있다. 간섭 신호 공유부(230)는 간섭 신호 측정부(220)로부터는 정합 필터의 출력 정보를 받고, 다른 레이더의 간섭 신호 공유부(230)와는 다른 레이더에서 측정된 상호 간섭 신호를 교환할 수 있다. 간섭 신호 공유부(230)는 코드 할당부(240)에게 자신이 측정한 간섭 신호(간섭 신호 측정부(220)로부터 수신한 간섭 신호) 및 타 레이더로부터 받은 간섭 신호를 전달할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 최적 코드를 생성하기 위해서는 각 레이더에서 측정한 상호 간섭량들을 중앙 관제소에서 수집(중앙 관제소를 통해서 이루어질 경우)하거나, 상기 상호 간섭량들이 레이더의 간섭 신호 공유부(230)끼리 공유(각각의 레이더에서 이루어질 경우) 되어야 한다. 레이더의 측정 신호 및 간섭 신호 공유에 있어서의 통신 방식은 특정 통신 방식에 제한을 두지 않는다.
일실시예에 따른 코드 할당 방법은, 상기 간섭 신호에 기초하여 생성되는 코드를 상기 레이더에 동적으로 할당하는 단계(430)를 포함할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 방법은 상기 코드를 레이더에 적용하는 단계(440)를 포함할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 방법은 상기 코드의 할당을 위한 코드 집합을 저장하는 메모리에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 방법에 있어서, 상기 코드 할당부는 상기 간섭 신호에 기초하여 목적 함수를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 목적 함수는 상기 공유된 간섭 신호마다 가중치를 할당하여 생성될 수 있다. 일실시예에 따른 코드 할당 방법에 있어서, 미리 생성된 코드 집합들 중에서 최적의 코드 집합을 상기 목적 함수를 이용하여 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다. 코드 할당부는 두 가지 기능을 수행할 수 있다. 첫 번째, 간섭 신호 공유부(230)로부터 받은 간섭 신호를 이용해서 목적 함수를 생성할 수 있다. 두 번째, 생성된 목적 함수를 이용해 코드 저장부에 저장되어 있는 코드 집합들 중에서 최적의 코드 집합을 선택할 수 있다. 코드 할당부(240)는 간섭 신호 공유부(230)로부터는 각 레이더 간의 간섭 신호를 전달받으며, 메모리(250)에게는 생성된 목적함수를 전달하여 저장하도록 하고, 메모리(250)로부터 최적의 코드를 수신한다.
코드 할당부(240)는 각각의 레이더에서 측정된 신호를 기반으로 목적 함수를 생성한다. 다음의 수식은 상호 간섭 크기에 따라 목적 함수가 바뀐다는 것을 보여주기 위한 것이다. 구체적인 수식은 하기의 실시예에서 보여줄 것이며, 본 발명은 실시예에서 제시한 수식에 제한을 받지 않는다.
Figure pat00010
위 식에서 첫 번째 텀(term)은 모든 코드의 자기 상관값 중 사이드로브(sidelobe) 에너지의 합을 의미하며 두 번째 텀은 모든 코드의 상호 상관 값에 대한 에너지를 의미한다. 두 번째 텀을 잘 살펴보면 본원에서는 각 상호 상관값(
Figure pat00011
)마다 가중치를 다르게 두고, 가중치를 시간에 따라 변하는 함수로 설정함을 알 수 있다. 본 상호 상관 값을 통해 동적인 코드 할당을 수행할 수 있게 된다.
이제부터는 측정된 상호 간섭 신호의 크기를 기반으로 상기 수식의 가중치를 정하는 실시예를 들고자 한다. 주파수를 공유하는 레이더 시스템에서 각 레이더의 기상 파라미터 예측은 신호 대 간섭 비(signal to interference ratio, SIR)에 크게 영향을 받는다. 따라서 이번 실시예에서는 SIR에 따라 가중치를 정하는 방향으로 목적 함수를 생성한다.
Figure pat00012
여기에서
Figure pat00013
는 레이더 n1에서 계산된 정합 필터의 결과값으로, 정합 필터는 레이더 n2에 할당된 코드로 구성되었으며, 이의 입력으로 레이더 n1에서 수신된 신호를 사용한다. 코드간에 직교성을 띄기 때문에,
Figure pat00014
은 레이더 n1에서 느끼는 레이더 n2의 간섭 신호의 크기로 간주할 수 있다.
이 때
Figure pat00015
계산을 위해 할당된 코드는 상기 수학식 1의 E(t)식에서 모든 가중치 값을
Figure pat00016
로 했을 때 얻은 코드 집합이다. 그리고
Figure pat00017
은 설정 값으로 기상 레이더의 요구조건을 만족시키기 위해서 필요한 신호 대 간섭비의 임계값 (threshold) 이다. 상기 임계값은 적절히 조정될 수 있으며, 적절한 값은 여러 실험을 통해서 경험적으로 얻어질 수 있다.
Figure pat00018
생성된 목적 함수를 기반으로 최적의 코드를 생성하는 방법은 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략한다. 메모리는 목적 함수에 따라 생성된 최적의 코드 집합을 저장한다. 메모리가 존재하는 목적은 레이더에 실시간으로 코드를 적용하기 위함이다. 메모리(250)는 코드 할당부(240)와 연결될 수 있다. 즉, 코드 할당부(240)로부터 목적 함수를 전달받으며, 이에 해당하는 최적의 코드 집합을 코드 할당부(240)에게 전달한다.
일실시예에 따른 코드 할당 방법에 있어서, 코드 적용부(260)는 상기 최적의 코드 집합을 레이더에 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 코드 적용부(260)는 코드 할당부(240)로부터 검색된 최적의 코드를 송신 신호 생성에 적용할 수 있도록 한다. 생성된 코드를 각 레이더에 적용하기 위해 측정된 자료를 공유한다. 좀 더 구체적으로 중앙 관제소가 존재할 경우에는 중앙 관제소에서 직접 코드를 생성하여 각 레이더에게 전달한다. 만약 중앙 관제소를 거치지 않을 경우에는 각 레이더에서 코드를 생성하여 자신에게 할당된 코드를 사용하며 다른 레이더에게 할당된 코드도 함께 갖고 있을 수 있다. 이 때 모든 레이더는 같은 관측 자료를 가지고 계산을 하였기 때문에 같은 코드 집합을 가지고 있을 수 있다.
목적 함수를 최적화하기 위한 계산은 많은 시간을 필요로 한다. 컴퓨터의 계산 능력에 따라 달라지겠지만 수 시간이 걸릴 수도 있다. 이런 문제점을 해결하기 위해서 본원에서는 다음의 방법을 제안한다. 본원의 코드 할당부(240)에서는, 레이더가 작동하기 이전에 미리 각각의 가중치에 따라서 최적의 코드를 생성을 해놓고, 각 레이더의 메모리 테이블에 상기 최적의 코드를 저장할 수 있다. 그리고 레이더가 동작할 때 측정된 상호 간섭의 측정량에 따라 가중치를 계산하고, 계산된 가중치에 맞는 최적의 코드 값을 저장된 테이블에서 찾을 수 있다. 만약 계산된 가중치의 집합을 테이블에서 찾을 수 없는 경우에는 가중치 집합을 벡터로 보고 측정된 벡터값과 유클리디언(Euclidean distance, 2nd norm)이 작은 가중치에 해당하는 코드 집합을 선택할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (14)

  1. 간섭 신호를 측정하는 간섭 신호 측정부;
    레이더 간에 상기 측정된 간섭 신호를 공유하도록 제어하는 간섭 신호 공유부;
    상기 측정된 간섭 신호에 기초하여 생성된 코드를 상기 레이더에 동적으로 할당하는 코드 할당부; 및
    상기 코드를 레이더에 적용하는 코드 적용부
    를 포함하는 코드 할당 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코드의 할당을 위한 코드 집합을 저장하는 메모리
    를 더 포함하는 코드 할당 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    간섭 신호 공유부는 상기 측정된 간섭 신호를 저장하고, 레이더 간에 상기 간섭 신호를 교환하는
    코드 할당 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코드 할당부는 상기 간섭 신호에 기초하여 목적 함수를 생성하고,
    상기 목적 함수는 상기 공유된 간섭 신호마다 가중치를 할당하여 생성되는
    코드 할당 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코드 할당부는 미리 생성된 코드 집합들 중에서 최적의 코드 집합을 상기 목적 함수를 이용하여 선택하는
    코드 할당 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코드 적용부는 상기 최적의 코드 집합을 상기 레이더에 적용하는
    코드 할당 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코드 집합이 생성되는 주기를 제어하는 코드 주기 조절부를 더 포함하고,
    상기 코드 주기 조절부는 상기 코드 집합이 생성되는 주기에 기초하여 상기 간섭 신호 측정부가 상기 간섭 신호를 측정하도록 제어하는
    코드 할당 장치.
  8. 간섭 신호를 측정하는 단계;
    레이더 간에 상기 측정된 간섭 신호를 공유하도록 제어하는 단계;
    상기 간섭 신호에 기초하여 생성된 코드를 상기 레이더에 동적으로 할당하는 단계; 및
    상기 코드를 레이더에 적용하는 단계를 포함하는
    코드 할당 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코드의 할당을 위한 코드 집합을 메모리에 저장하는 단계
    를 더 포함하는 코드 할당 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    간섭 신호 공유부는 상기 측정된 간섭 신호를 저장하고, 레이더 간에 상기 간섭 신호를 교환하는 단계를 더 포함하는
    코드 할당 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 간섭 신호에 기초하여 목적 함수를 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 목적 함수는 상기 공유된 간섭 신호마다 가중치를 할당하여 생성되는
    코드 할당 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    미리 생성된 코드 집합들 중에서 최적의 코드 집합을 상기 목적 함수를 이용하여 선택하는 단계를 더 포함하는
    코드 할당 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 최적의 코드 집합을 상기 레이더에 적용하는 단계를 더 포함하는
    코드 할당 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 코드 집합이 생성되는 주기를 제어하는 단계, 및
    상기 코드 집합이 생성되는 주기에 기초하여 상기 간섭 신호 측정부가 상기 간섭 신호를 측정하도록 제어하는 단계를 더 포함하는
    코드 할당 방법.

KR1020160030116A 2016-03-14 2016-03-14 동적 코드 할당 장치 및 방법 KR102500477B1 (ko)

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